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北京谱仪III实验首次发现含奇异夸克的隐粲四夸克候选态Zcs(3985)
2021-03-12|文章来源: |【
 

  3月11日,《物理评论快报》(Physics Review Letters)发表了北京正负电子对撞机上北京谱仪(BESIII)实验新发现的首个含奇异夸克的隐粲四夸克候选态Zcs(3985)的成果[Phys. Rev. Lett. 126, 102001 (2021)]。相关研究成果论文被PRL选为当期”Feature in Physics”和编辑推荐文章,并在美国物理学会网站上以” New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions”为题报道。这是国际上首次发现含有奇异夸克的隐粲四夸克候选态Zcs信号。该成果在arXiv预印本网站发表不久后便引发了30多次相关研究工作的引用。 

  实验团队通过分析BESIII实验2020年新采集的46.8亿电子伏特(4.68 GeV)对撞能量的数据,在含有奇异夸克的粲介子衰变末态中发现了全新的四夸克候选态Zcs(3985)的信号,质量约为39.8亿电子伏特,相当于质子质量的4倍还多,其带有1个单位电荷,且衰变到1个中性粲介子(夸克成份)和1个带电且含奇异夸克(s)的粲介子(夸克成份),所以它必然包含至少四个夸克成份 

  与传统三夸克重子或两夸克介子相比,包含有更多价夸克组分的强子通常称为奇特强子态。对奇特强子态的研究为科研人员提供了一个独特的视角来深入理解量子色动力学理论中的非微扰效应及色禁闭机制。含奇异夸克的隐粲四夸克候选态Zcs的存在已经被很多理论模型所预言,然而在此之前实验上还从没有观测到。 

  北京正负电子对撞机在2020年实现了能量升级后的正式运行,在4.6-4.7 GeV能量范围内积累了总亮度约3.8 fb^-1的实验数据,为将来高精度研究粲重子和类粲偶素能谱提供了重要数据。Zcs(3985)正是在其中4.68 GeV的质心系能量上发现的。实验团队在分析反应过程中,在的质量阈值附近发现一个清楚的增强结构(见图)。细致研究表明,该增强结构无法用任何已知的传统粲介子激发态来解释,但可以通过引入一个新的奇特态来描述,与实验数据吻合的非常好,并测量得到了约127个 信号事例,全局意义上信号显著性达到了5.3个标准偏差。因为Zcs(3985)带有1个单位电荷,可以强耦合到末态,所以其内部结构至少含有四个夸克,被认为是早先预言存在的含有奇异夸克的隐粲四夸克态Zcs的首个候选者。

  正如2020年出版的BESIII实验白皮书中所建议的,北京正负电子对撞机在连续注入模式的亮度升级和最高对撞能量升级后的重要物理目标之一就是的寻找和测量。得益于加速器升级计划的顺利实施,才使得发现Zcs这一重要成果成为可能。Zcs(3985)的发现将加深对量子色动力学理论中非微扰效应的理解,这一发现对认识强物质微观结构具有里程碑的意义。未来,期望BESIII实验在4.68 GeV附近获取更大统计量的数据,这将对进一步理解Zcs的产生机制,测量其自旋宇称量子数,寻找中性Zcs同伴及更重的高激发伴随态都有重要意义。  

  更多信息: 

  在线发表文章链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.102001 

  美国物理学会网站报道: https://physics.aps.org/articles/v14/s33 

  INSPIRE数据库: https://inspirehep.net/literature/1830518

示意图

增强结构示意图


 
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